專利名稱：大城市廣域網(wǎng)的制作方法
本申請(qǐng)要求1997年7月21日申請(qǐng)的，名稱為“18GHz以上的城域網(wǎng)構(gòu)造和電信系統(tǒng)”，序列號(hào)為60/053,210的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益。
本發(fā)明涉及電信系統(tǒng)的大城市廣域網(wǎng)。更具體地講，本發(fā)明涉及將在毫米微波無線電范圍中操作的無線一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)與智能城域?qū)拵Ц删€網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成，以便能夠開展各種增強(qiáng)話音，寬帶數(shù)據(jù)和多媒體電信業(yè)務(wù)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，人們普遍了解點(diǎn)對(duì)點(diǎn)窄帶，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)窄帶和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)寬帶固定無線系統(tǒng)。一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線電技術(shù)也是已知的，一般用于窄帶通信，例如話音通信。窄帶系統(tǒng)一般是能夠在一單獨(dú)的電路或信道中產(chǎn)生每秒1.544兆位數(shù)據(jù)或低于這個(gè)速率的系統(tǒng)，而寬帶系統(tǒng)能夠在每個(gè)電路或信道中產(chǎn)生高于每秒1.544兆位的數(shù)據(jù)率。雖然已經(jīng)把窄帶“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”系統(tǒng)應(yīng)用于話音通信，但一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)現(xiàn)在還沒有普遍應(yīng)用到寬帶電信網(wǎng)絡(luò)。
如今，窄帶一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)可以在一種被稱為“T1線路(T1line)”中聚集一組高達(dá)24個(gè)每秒64千位的信道。但是，這種T1線路在其被用于支持多個(gè)話音信道時(shí)仍然被認(rèn)為是一種窄帶設(shè)備。在歐洲在話音電話網(wǎng)絡(luò)中使用窄帶一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)也已經(jīng)有多年了。
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)寬帶技術(shù)也是眾所周知的。高于18吉赫(毫米微波頻率)，特別是37吉赫或“GHz’至40GHz范圍(一般稱為“38GHz”)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)寬帶無線系統(tǒng)已經(jīng)在使用。在這種寬帶無線鏈路設(shè)計(jì)恰當(dāng)時(shí)，它們的性能與光纖電信的性能基本相同。
由于18GHz或更高頻率的固定無線技術(shù)成本低，安裝迅速和容易操作，它正在成為一種廣泛使用的電信業(yè)務(wù)傳輸方法。連接兩個(gè)具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線業(yè)務(wù)的地點(diǎn)，大部分工作是由在兩個(gè)建筑物頂部安裝屋頂天線以及有關(guān)室內(nèi)設(shè)備構(gòu)成的。兩個(gè)建筑物之間不必連接實(shí)際線路，這明顯優(yōu)于銅線或光纖技術(shù)。在建筑物之間連接銅線或光纖需要花費(fèi)許多勞力，以及與挖掘街道、獲得準(zhǔn)許等有關(guān)的其它開銷。由于在大多數(shù)情況下發(fā)展寬帶固定無線系統(tǒng)不需要土木建筑，因此它的安裝比在城域電信網(wǎng)絡(luò)中的“最終里程(last mile)”互連的傳統(tǒng)方法更快，更經(jīng)濟(jì)。
以18GHz和更高頻率(毫米微波)操作的當(dāng)前固定無線技術(shù)具有許多使其成為誘人的商業(yè)電信傳輸介質(zhì)的特征。固定毫米微波無線技術(shù)為話音、數(shù)據(jù)、多媒體和視頻提供了高帶寬路徑。當(dāng)前的技術(shù)允許長(zhǎng)達(dá)五英里的鏈接距離。由于所有的毫米微波傳播會(huì)受降雨的影響，因此實(shí)際距離是地理位置或“降雨區(qū)”的函數(shù)。在經(jīng)常降大雨的氣候條件下，要取得與光纖相同的性能和可用性可能需要較短的鏈接距離。
毫米微波無線電傳播一般需要無障礙的視線傳輸。在實(shí)際應(yīng)用中，把小直徑天線安裝在辦公樓的屋頂上，并且在一些場(chǎng)合，可安裝在辦公樓的窗戶上。天線的大小根據(jù)選擇的頻帶變化，但是典型的天線直徑在12至24英寸范圍內(nèi)。制造商指出，對(duì)于無線電和調(diào)制解調(diào)器零件，超過10年的平均無故障時(shí)間(MTBF)統(tǒng)計(jì)表明硬件是高度可靠的。因此，對(duì)于從每秒1.544兆位(T1)到每秒45兆位(DS3)容量范圍中的高度可用性的寬帶點(diǎn)對(duì)點(diǎn)商業(yè)話音和數(shù)據(jù)應(yīng)用來說，當(dāng)前的固定無線毫米微波技術(shù)是十分適合的。
典型的無線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)寬帶商業(yè)應(yīng)用的例子是校園局域網(wǎng)(LAN)中多個(gè)服務(wù)器的互連。另一種應(yīng)用是大城市廣域聯(lián)網(wǎng)。在這里，同一城市內(nèi)的多個(gè)校園LAN通過以微米波頻率工作的無線設(shè)備互連。對(duì)長(zhǎng)途通信公司(IXC)，因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)和其它迂回接入設(shè)備的專用接入是微米波無線鏈路的公用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)商業(yè)應(yīng)用。例如，蜂窩和個(gè)人通信業(yè)務(wù)(PCS)操作人員可以在他們的干線網(wǎng)絡(luò)中部署毫米微波范圍內(nèi)的高度可用性的無線設(shè)備，以支持天線場(chǎng)地、基站和移動(dòng)電話交換局(MTSO)之間的迂回路程。無線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)毫米微波技術(shù)也用于在需要從一個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)延伸到不由光纖提供服務(wù)的地點(diǎn)時(shí)提供任務(wù)臨界保護(hù)信道和其它點(diǎn)對(duì)點(diǎn)迂回路由選擇。最后，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)毫米微波無線技術(shù)與公眾交換電話網(wǎng)(PSTN)互連，以便通過競(jìng)爭(zhēng)本地電話公司(CLEC)提供市內(nèi)撥號(hào)音得到越來越廣泛的應(yīng)用。
圖2示出了一種提供客戶與業(yè)務(wù)互連的基本點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線設(shè)備。這種連接將支持寬帶(數(shù)據(jù)，視頻等)和窄帶(話音)應(yīng)用?？蛻艚ㄖ锸緸?00，其可以包括多個(gè)用戶小交換機(jī)分群。它連接到另一個(gè)容納有電信網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)203的建筑物202。這兩個(gè)建筑物通過兩個(gè)屋頂天線之間的無線鏈路連接；一個(gè)天線204在客戶建筑物上，另一個(gè)天線205在容納交換機(jī)203的建筑物上。這種連接的帶寬可以高達(dá)28個(gè)T1電路，或DS3(每秒45兆位)。交換機(jī)203連接到PSTN 206，或用于市內(nèi)業(yè)務(wù)的公眾交換電話網(wǎng)，和用于長(zhǎng)途業(yè)務(wù)的長(zhǎng)途網(wǎng)207。交換機(jī)203也能夠提供到因特網(wǎng)208的撥號(hào)訪問。
圖3是一個(gè)適用于毫米微波頻率的示例系統(tǒng)定義信道化頻譜分配方案的代表。例如，一個(gè)用于大約38GHz示例毫米微波頻帶的FCC頻譜分配方案包括14總信道。每個(gè)信道是100兆赫(MHz)帶寬。每個(gè)100MHz信道由兩個(gè)50MHz子信道組成，一個(gè)子信道發(fā)射，另一個(gè)子信道接收。這兩個(gè)50MHz的子信道由700MHz的頻譜隔離。如圖3中所示，子信道1A是50MHz帶寬，并且是一個(gè)發(fā)射信道，而子信道1B為50MHz帶寬，是一個(gè)接收信道。子信道1A與子信道1B相隔700MHz。這種頻帶方案產(chǎn)生了FCC分配的38至40GHz范圍中頻譜的14個(gè)信道(1400MHz或1.4GHz)。也可以在其它毫米微波頻率建立(或計(jì)劃)類似的頻道分配，包括美國(guó)的24，28和40GHz，歐洲的23和26GHz。例如，在28GHz LMDS頻帶(在美國(guó))中，頻譜以單一的850MHz寬頻段大體分配。但是，這樣的一個(gè)頻段頻譜分配可以再細(xì)分為系統(tǒng)定義信道，以取得圖3中所示的相同結(jié)果。
參考圖4，顯示了與利用圖3中所示的信道化頻譜分配的大城市區(qū)中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線系統(tǒng)的使用有關(guān)的基本頻譜管理問題。由于在大城市區(qū)內(nèi)建筑物彼此靠近，通過無線鏈路的信息傳播可能會(huì)重疊，因而使得在相鄰的系統(tǒng)中不可能使用相同信道(1A/1B)。在本圖中，一個(gè)建筑物上的天線向預(yù)定的接收機(jī)的天線發(fā)射它的信號(hào)，但是相鄰建筑物上的天線也會(huì)接收到一部分信號(hào)。這種信號(hào)干擾叫作“同波道干擾”。
在圖4中，包括一個(gè)交換機(jī)402的主建筑物401通過四個(gè)屋頂天線403A，403B，403C和403D分別連接于遠(yuǎn)端建筑物404A，404B，404C和404D，每個(gè)遠(yuǎn)端建筑物具有其自己的相應(yīng)屋頂天線。這些建筑物之間所示的是每個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線系統(tǒng)所用的頻譜的概念性表示。由于建筑物全都靠在一起，建筑物之間的發(fā)送信號(hào)發(fā)生重疊。為了避免上一段落中所述的同波道干擾，必須使用不同的信道來連接相鄰的建筑物。例如，信道1A/1B用于建筑物404D，信道2A/2B用于建筑物404C。盡管信道1A/1B部分地覆蓋了2A/2B的發(fā)送，但由于兩個(gè)系統(tǒng)使用了不同頻率(信道)，避免了同波道干擾。因此，一個(gè)建筑物的天線可能把一部分它的信號(hào)發(fā)送到錯(cuò)誤的接收天線，但是每個(gè)系統(tǒng)被“調(diào)諧”到一個(gè)不同頻率，因而來自使用其它頻率的相鄰系統(tǒng)的發(fā)送被忽略。
圖4中所示的頻率管理技術(shù)避免了擁擠的市區(qū)內(nèi)部署的無線網(wǎng)絡(luò)中的同波道干擾，但是使用額外信道避免同波道干擾不能最大地利用許可頻譜的信息傳送容量，因而效率不高。因而需要解決這種問題。
圖5示出了一個(gè)與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)相關(guān)的額外頻譜管理問題。建筑物501通過信道1與建筑物502連接。建筑物503通過信道2與建筑物504連接。實(shí)連接線505，506代表預(yù)定的無線發(fā)送。但是，由于“發(fā)射射線”在發(fā)射源是大約2度，信號(hào)可能被不是預(yù)定的但正巧處于始發(fā)系統(tǒng)的發(fā)射射線范圍中的其它系統(tǒng)接收到。點(diǎn)劃線507代表這種情況，其中建筑物4中的系統(tǒng)錯(cuò)誤地接收到了建筑物1中系統(tǒng)的發(fā)送。如果使用了兩種不同的頻率，將不會(huì)有同波道干擾。這又使點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)中的頻率管理需要使用多個(gè)信道來避免干擾，而不能充分使用頻譜來提高帶寬的利用率。
屋頂空間是寶貴的，在許多情況下屋頂設(shè)置天線的數(shù)量、大小和位置是受限的。由于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)為每個(gè)無線連接使用獨(dú)立的天線，因此建筑物屋頂空間成為限制因素。隨著設(shè)置在建筑物屋頂上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的數(shù)量的增加，不僅頻譜管理考慮方面會(huì)限制可部署的系統(tǒng)的數(shù)量，屋頂上每個(gè)天線可用的物理空間也限制系統(tǒng)的數(shù)量。因此，需要有能夠擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)容量并由此擴(kuò)展用戶數(shù)量，而不用增加相應(yīng)天線屋頂數(shù)量的解決辦法。
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)為用戶提供了所謂的全日連接。全日連接是“永遠(yuǎn)開通的”(連接的和有效的)，總是等待信息的傳送。全日無線連接利用一旦指定后其它用戶就不能使用的專用頻譜。因此，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線系統(tǒng)適用于連續(xù)或長(zhǎng)時(shí)間的傳輸。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)不能有效地支持需要可變帶寬的可變比特率或“突發(fā)”數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于每個(gè)系統(tǒng)在全時(shí)“永遠(yuǎn)開通”的基礎(chǔ)上利用分配的信道，而不管鏈路上的信息量或傳輸持續(xù)時(shí)間，可變比特率應(yīng)用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)使用的帶寬被浪費(fèi)。因此，對(duì)于像LAN對(duì)LAN數(shù)據(jù)傳輸這樣的“突發(fā)”數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，需要有更有效地利用頻譜的解決方法。
本發(fā)明的一個(gè)目的是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能夠支持高級(jí)話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的“全特性”局部城域?qū)拵щ娦啪W(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是要使用固定無線電信技術(shù)作為提供高級(jí)話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的城域電信網(wǎng)絡(luò)的寬帶本地接入的關(guān)鍵啟動(dòng)器(keyenabler)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要最大程度地利用局部城域?qū)拵щ娦啪W(wǎng)絡(luò)中分配的可用頻譜。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要克服與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)固定無線電信系統(tǒng)的使用有關(guān)的頻譜管理限制。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要使局部城域?qū)拵щ娦啪W(wǎng)絡(luò)中的多信道利用能夠額外地提高網(wǎng)絡(luò)容量。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要使屋頂上提供對(duì)局部城域?qū)拵щ娦啪W(wǎng)絡(luò)的接入所需的無線電信系統(tǒng)的數(shù)量減到最少。
根據(jù)本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)的一種形式，一個(gè)廣域通信網(wǎng)絡(luò)包括至少兩個(gè)由通信干線互連的中樞站點(diǎn)。每個(gè)中樞站點(diǎn)在至少一個(gè)扇區(qū)中提供無線覆蓋。在每個(gè)扇區(qū)中存在至少兩個(gè)遠(yuǎn)端站點(diǎn)，并且通過一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)寬帶無線系統(tǒng)耦合到對(duì)應(yīng)的中樞站點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)最好包括至少一個(gè)可由遠(yuǎn)端站點(diǎn)通過中樞站點(diǎn)和干線訪問的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)的另一種形式，寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)為多個(gè)用戶提供固定無線本地環(huán)路接入。用戶包括一個(gè)以對(duì)應(yīng)于所述用戶所處的網(wǎng)孔扇區(qū)的毫米微波頻帶頻率工作的用戶無線電單元。至少一個(gè)用戶具有多個(gè)相關(guān)的客戶端設(shè)備，并且包括在多個(gè)客戶端設(shè)備和用戶無線電單元間執(zhí)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用的裝置。該網(wǎng)絡(luò)包括由基于Sonet的干線互連的多個(gè)中樞站點(diǎn)。中樞站點(diǎn)包括以可選頻率工作的多個(gè)中樞站點(diǎn)無線電單元，而且至少一個(gè)無線電單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)網(wǎng)孔扇區(qū)。中樞站點(diǎn)還包括在每個(gè)所述網(wǎng)孔扇區(qū)內(nèi)的多個(gè)用戶間動(dòng)態(tài)地分配通信帶寬的裝置。該網(wǎng)絡(luò)最好包括多個(gè)耦合于干線并且可由用戶通過中樞站點(diǎn)和干線訪問的增值業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)還包括一個(gè)中央操作節(jié)點(diǎn)，其通過一控制網(wǎng)連接到每個(gè)所述中樞站點(diǎn)，并且提供中樞站點(diǎn)的遠(yuǎn)程訪問和控制以及增值業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制用戶訪問。
通過以下結(jié)合附圖對(duì)示例實(shí)施例的詳細(xì)說明，可以對(duì)本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)實(shí)施例的這些和其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)有更清楚的理解。


圖1是說明局部城域?qū)拵щ娦啪W(wǎng)絡(luò)的示意圖，其利用以38GHz操作的固定無線點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)提供到局部城域?qū)拵щ娦啪W(wǎng)絡(luò)的客戶接入；圖2是說明現(xiàn)有技術(shù)的用于經(jīng)過一交換機(jī)提供到電信業(yè)務(wù)的客戶接入的典型點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)造的示意圖；圖3是說明具有分配的或系統(tǒng)定義的、劃分為兩個(gè)用于發(fā)射和接收信號(hào)的50MHz子信道的100MHz信道的頻譜分配方案的示意圖，其中每個(gè)發(fā)射和接收子信道由頻譜的防護(hù)頻帶隔離；圖4是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的其中存在中樞和客戶建筑物無線系統(tǒng)之間一對(duì)一關(guān)系的建立在一中樞化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)固定無線系統(tǒng)的示意圖，重疊區(qū)表示點(diǎn)對(duì)點(diǎn)固定無線網(wǎng)絡(luò)中遇到的同波道干擾現(xiàn)象；圖5是說明在現(xiàn)有技術(shù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)固定無線系統(tǒng)中遇到的另一種同波道干擾現(xiàn)象的示意圖；圖6A是說明在本發(fā)明系統(tǒng)中使用的一個(gè)固定無線一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)實(shí)施的示意，其中在一個(gè)扇區(qū)內(nèi)存在中樞和客戶系統(tǒng)之間的一對(duì)多關(guān)系；圖6B是進(jìn)一步說明本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)中使用的圖6A的中樞的方框圖；圖7是說明利用以毫米微波頻帶操作以提供到干線網(wǎng)和各種電信業(yè)務(wù)的用戶接入的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)固定無線技術(shù)的本發(fā)明的局部城域?qū)拵щ娦啪W(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖8是本發(fā)明系統(tǒng)中使用的一個(gè)實(shí)施例用戶系統(tǒng)的方框圖。
1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔景l(fā)明的網(wǎng)絡(luò)使用優(yōu)選在毫米微波頻率范圍(即，18GHz和更高的頻帶)操作的固定無線微波方案，其允許中樞系統(tǒng)和位于客戶建筑物中的遠(yuǎn)端系統(tǒng)間的多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)關(guān)系。這種稱為“多路接入”或“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的技術(shù)通過結(jié)合改善頻譜效率(和可用帶寬)和增強(qiáng)智能可以支持大城市廣域網(wǎng)中的傳統(tǒng)話音和數(shù)據(jù)電話業(yè)務(wù)，以及商業(yè)和居民寬帶多媒體業(yè)務(wù)。
圖6A示出了以中樞和客戶建筑物無線電系統(tǒng)間的“一對(duì)多”關(guān)系為特征的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)毫米微波無線系統(tǒng)。在圖6A中，中樞站點(diǎn)601裝備有天線602，603和604。天線602向覆蓋多個(gè)用戶建筑物606，607，608和609占據(jù)的物理空間的“扇區(qū)”605發(fā)射。扇區(qū)605中的建筑物606，607，608和609上的天線都與扇區(qū)605的單一中樞天線602通信。扇區(qū)可以是15至90度寬。一個(gè)扇區(qū)中所有建筑物一般利用一個(gè)單獨(dú)的信道，所以對(duì)于同一扇區(qū)內(nèi)的建筑物同波道干擾不再是一個(gè)問題。
為了防止扇區(qū)邊緣處的同波道干擾，中樞站點(diǎn)601把頻率分配給實(shí)際上彼此隔離的相鄰扇區(qū)。例如，可以給扇區(qū)602分配信道1A/1B，并且給扇區(qū)604分配信道2A/2B。因而一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)可以充分利用一個(gè)扇區(qū)內(nèi)分配的每個(gè)信道傳送信息，這與要求在同一地理區(qū)域中僅僅是為了避免同波道干擾而利用多個(gè)信道的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的頻譜管理要求形成了鮮明對(duì)照。
圖6B示出了一個(gè)在本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)中使用的中樞站點(diǎn)601的示例實(shí)施例。天線602，603…60n，對(duì)應(yīng)于選定毫米微波頻帶內(nèi)的各頻道。一個(gè)頻道一般分配給一個(gè)對(duì)應(yīng)網(wǎng)孔扇區(qū)605。但是，在需要額外帶寬的情況下，本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)把多個(gè)信道分配給一個(gè)或更多的網(wǎng)孔扇區(qū)。每個(gè)天線最好包括一個(gè)相應(yīng)的中樞無線電單元620。為了避免在毫米微波頻率上的與同軸電纜和波導(dǎo)相關(guān)的信號(hào)損失，中樞無線電單元最好耦合到安裝在屋頂或塔頂?shù)南鄳?yīng)天線上成為一個(gè)整體單元。
中樞站點(diǎn)還包括通過設(shè)備互連鏈路(interfacility link)624耦合到中樞無線電單元620的中樞室內(nèi)單元(IDU)622。設(shè)備互連鏈路624是一種寬帶連接，最好采用光纖連接形式。中樞IDU連接于一個(gè)或多個(gè)管理操作和中樞站點(diǎn)601內(nèi)數(shù)據(jù)傳送的中樞控制器626。還包括一個(gè)干線接口628，以便能夠與網(wǎng)絡(luò)干線連接和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。這種構(gòu)造的模塊化特性的優(yōu)點(diǎn)在于，中樞IDU可以是一個(gè)獨(dú)立于選定頻帶的公用設(shè)備。為了能夠以世界范圍可用的無數(shù)毫米微波頻帶工作，僅需要改變中樞無線電單元620。
圖7示出了利用毫米微波頻帶多路接入無線技術(shù)的商業(yè)城域網(wǎng)中的本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例。該網(wǎng)絡(luò)包括寬帶干線702，它可以用光纖、銅線或無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)。位于圓環(huán)中的大方框代表一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)中樞704，每個(gè)覆蓋至少一個(gè)網(wǎng)孔扇區(qū)706。在商業(yè)市區(qū)環(huán)境中，以適當(dāng)?shù)姆绞浇⒕W(wǎng)孔扇區(qū)706，使得帶寬朝向具有適當(dāng)建筑物(客戶)密度的地理位置。一旦上了干線702，客戶業(yè)務(wù)被路由選擇到任意數(shù)量的提供增值業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。這種業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的例子有本地通信交換臺(tái)706，長(zhǎng)途電話交換臺(tái)708，和因特網(wǎng)接入點(diǎn)710及視頻業(yè)務(wù)點(diǎn)712。本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)還包括至少一個(gè)中央操作節(jié)點(diǎn)713，其通過例如幀中繼網(wǎng)這樣的控制網(wǎng)715連接到每個(gè)中樞704。
毫米微波一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)一般是由具有3-5英里直徑(1.5-3英里線路距離)的網(wǎng)孔714組成的。每個(gè)網(wǎng)孔714包括多個(gè)扇區(qū)706-1，706-2，…，706-n，扇區(qū)寬度范圍從15到90度。一個(gè)中樞704位于每個(gè)網(wǎng)孔的中央，位于扇區(qū)內(nèi)客戶建筑物中的多個(gè)遠(yuǎn)端用戶系統(tǒng)(用戶)716與中樞無線電設(shè)備通信，以建立無線鏈路。對(duì)應(yīng)中樞704把一個(gè)給定扇區(qū)內(nèi)的帶寬在提供給該扇區(qū)的遠(yuǎn)端用戶系統(tǒng)中分配。一個(gè)扇區(qū)可以利用一個(gè)單一分配的信道的全部帶寬，或可以在一個(gè)扇區(qū)中“堆疊”多個(gè)信道，以滿足對(duì)帶寬的總客戶需求。當(dāng)使用多個(gè)信道時(shí)，給該中樞704增加一個(gè)用于該扇區(qū)的附加中樞無線電單元620和天線。
最佳扇區(qū)寬度的規(guī)定是一個(gè)不可忽視的問題。一種設(shè)計(jì)目的是要使需要的有效輻射功率(ERP)的成本最小。窄扇區(qū)產(chǎn)生較高的天線增益，所以只需要較小的功率來達(dá)到給定的ERP。但是，每個(gè)扇區(qū)需要它本身的無線電系統(tǒng)，所以窄扇區(qū)增大了覆蓋一給定地理區(qū)域所需的設(shè)備成本。在最后的分析中，中樞設(shè)計(jì)是對(duì)容量的總客戶需求和客戶位置地理分布的函數(shù)。
在本發(fā)明的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)城域網(wǎng)中，中樞704最好在干線702上通過光纖或高容量微波無線電設(shè)備以SONET環(huán)形結(jié)構(gòu)互連。長(zhǎng)途通信商708，因特網(wǎng)服務(wù)提供者710，本地PSTN交換臺(tái)706和視頻源712之類的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)互連到光纖環(huán)，在一些情況下是通過與中樞合設(shè)而連到光纖環(huán)。因此，一旦客戶經(jīng)過無線接入鏈路連接到網(wǎng)絡(luò)，就可以接入各種業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)支持的任何業(yè)務(wù)。
本網(wǎng)絡(luò)方法需要干線上的傳送和路由選擇能力，以方便多個(gè)客戶位置之間和客戶位置與網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)之間的連接。異步傳送模式(ATM)是本發(fā)明的城域網(wǎng)構(gòu)造的優(yōu)選傳輸層協(xié)議。也可以預(yù)計(jì)在一段時(shí)間將使用更為傳統(tǒng)的面向連接的或異步電話傳送協(xié)議作為到全ATM網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)員過渡。為此原因，在中樞704和干線702之間最好包括ATM(OC-3c)和STM(DS-3)接口兩者。
2.無線ATM這種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造利用異步傳送模式(ATM)作為網(wǎng)絡(luò)中的基本傳送方法。ATM是一種把信息組織成多個(gè)信元的打包傳輸技術(shù)。各信元具有一個(gè)“信頭”和一個(gè)“有效負(fù)載”。信頭說明有效負(fù)載中的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)在何處終止。各信元經(jīng)過多種路徑通過網(wǎng)絡(luò)傳播，并且能夠以不同于原有的順序達(dá)到終點(diǎn)。包含在信元中的信頭信息允許以向客戶端設(shè)備傳送之前的正確順序重新排列信元。通過把數(shù)據(jù)封裝在有效負(fù)載中，ATM信元可以傳送許多標(biāo)準(zhǔn)電信話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)。因此，ATM可以把話音、數(shù)據(jù)和視頻結(jié)合在一個(gè)單一電信傳送網(wǎng)絡(luò)中。
本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)關(guān)鍵因素是在提供高帶寬的以毫米微波頻譜操作的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)中使用ATM。在用戶716和中樞704之間，客戶特定業(yè)務(wù)(以太網(wǎng)、幀中繼，DS-1，DS-3，ISDN，話音)被封裝在ATM有效負(fù)載中。因此，由基于信元的協(xié)議最有效處理的業(yè)務(wù)受益于網(wǎng)絡(luò)中的端對(duì)端ATM傳送，而必須在干線上臨時(shí)信道化的業(yè)務(wù)在中樞704被時(shí)分多路復(fù)用。在上述任意一種情況下，所有業(yè)務(wù)經(jīng)過ATM的空中傳送使得能夠在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)重要的按需分配帶寬功能。
3.調(diào)制和系統(tǒng)容量利用QPSK和4FSK之類的調(diào)制技術(shù)的無線設(shè)備產(chǎn)生每秒每赫茲1比特的有效數(shù)據(jù)率。例如，在其中頻譜以50MHz全雙工信道分配的(即，對(duì)于每許可信道總共100MHz頻譜，每個(gè)方向上50MHz)毫米微波頻帶中，當(dāng)今固定無線技術(shù)的最大點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)率是45Mb/s，或DS-3。16QAM和64QAM之類的更高級(jí)調(diào)制技術(shù)與整個(gè)系統(tǒng)增益的提高一同會(huì)產(chǎn)生每秒每赫茲4-5比特或更高的數(shù)據(jù)率。這代表每信道可用帶寬的顯著提高。因此，在毫米微波頻率可以獲得每扇區(qū)每信道OC-3(155Mb/s)和更高的數(shù)據(jù)率?？梢灶A(yù)期每秒每赫茲6-8比特范圍的頻譜效率。根據(jù)比較保守的設(shè)計(jì)可以容易地獲得支持可用帶寬的每秒數(shù)千兆比特的總數(shù)據(jù)率的多扇區(qū)、多信道網(wǎng)孔。較少保守的設(shè)計(jì)將會(huì)產(chǎn)生更高的網(wǎng)孔容量。
4.按需帶寬由于為了通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送而把數(shù)據(jù)封裝在信元中，所以有可能比非ATM無線設(shè)備更高效率地利用射頻頻譜。這是由于一種叫作“統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用”技術(shù)的結(jié)果。統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用利用了系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾S機(jī)始發(fā)和全部用戶并不在所有時(shí)間需要帶寬的事實(shí)。統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用使包含不同用戶始發(fā)的數(shù)據(jù)的信元用最小的所需頻譜傳送。在這種意義上說，用戶分享無線ATM網(wǎng)絡(luò)中分配的頻譜，并且在任何給定時(shí)刻系統(tǒng)中所有用戶的集合帶寬需求由系統(tǒng)內(nèi)可用頻譜及時(shí)提供。
這導(dǎo)致了數(shù)據(jù)容量中的“統(tǒng)計(jì)增益”，這種統(tǒng)計(jì)增益使電信網(wǎng)絡(luò)操作人員能夠根據(jù)在一給定用戶位置(例如，多用戶交換機(jī)用戶分群辦公樓)將不會(huì)在所有時(shí)間需要分配給該位置的全部容量的假設(shè)“超額貢獻(xiàn)”無線鏈路。對(duì)于其上大多數(shù)信息是以短脈沖串(“突發(fā)數(shù)據(jù)”)傳送的鏈路可以有高達(dá)10比1(10∶1)的超額貢獻(xiàn)比(統(tǒng)計(jì)增益)，如在LAN-LAN通信的場(chǎng)合。對(duì)于其中通信對(duì)話持續(xù)期間業(yè)務(wù)混合更多地向話音或需要通過網(wǎng)絡(luò)(電路)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的其它業(yè)務(wù)偏移的網(wǎng)絡(luò)，更典型的統(tǒng)計(jì)增益是2∶1或3∶1。
ATM信元信頭還包含能夠使各個(gè)信元按優(yōu)先等級(jí)排序的參數(shù)。因此，具有最高優(yōu)先等級(jí)的信元立即通過網(wǎng)絡(luò)傳送，而具有較低優(yōu)先等級(jí)的信元可以延遲直到較高優(yōu)先等級(jí)的信元已被交換完畢。ATM的這種屬性允許具有變化的“業(yè)務(wù)質(zhì)量”，或QOS的業(yè)務(wù)支持。當(dāng)把這種優(yōu)先等級(jí)系統(tǒng)與統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用結(jié)合使用時(shí)，可以使信息以很高的效率通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送。例如，可以把一個(gè)大文件分解為多個(gè)信元，并且通過網(wǎng)絡(luò)在散布有較小文件的其它信元的信息包流中發(fā)送。因此，小文件不必等待大文件傳送完畢，并且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的操作效率更高。
在一給定扇區(qū)706內(nèi)的用戶716之間動(dòng)態(tài)地分配帶寬。因此，一個(gè)給定用戶716對(duì)高比特率突發(fā)的瞬間需求可以通過利用此時(shí)沒有被扇區(qū)706內(nèi)其他用戶使用的帶寬來滿足。這可以通過對(duì)用戶的時(shí)隙的可變按需分配(時(shí)分多址或TDMA)，或頻率的可變按需分配(頻分多址或FDMA)來完成，或通過組合兩種多路復(fù)用技術(shù)(按需分配多址或DAMA)完成。
當(dāng)把這些在一扇區(qū)中的建筑物之間動(dòng)態(tài)地分配帶寬的技術(shù)與分配給各個(gè)建筑物內(nèi)的客戶的帶寬的ATM統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用(超額貢獻(xiàn))結(jié)合時(shí)，結(jié)果是極大地提高了本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)中使用的無線頻譜的信息傳送容量。通過使用16QAM和64QAM之類的高效調(diào)制方案可以進(jìn)一步增大容量。
5.建立中樞結(jié)構(gòu)本發(fā)明系統(tǒng)使用了一種稱為“建立中樞”的配置策略，把許多無線鏈路的一端集中到一個(gè)單獨(dú)的建筑物屋頂或“中樞”上。每個(gè)中樞704可以利用無線鏈路連接到許多遠(yuǎn)端無線電系統(tǒng)716。在大城市區(qū)中的中樞704可以經(jīng)過無線、光纖，或其它高容量電信設(shè)備以環(huán)形、網(wǎng)孔形、或其它干線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠ミB。給中樞704裝備ATM交換或TDM多路復(fù)用設(shè)備以跨越干線702橋接無線鏈路，建立用戶間的連接，或把用戶連接到網(wǎng)絡(luò)上的其它位置，以便訪問各種業(yè)務(wù)。通過建立中樞，利用聯(lián)網(wǎng)來大大增加無線接入鏈路的有效范圍，以及提供對(duì)各種話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的訪問。
本發(fā)明的建立中樞結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)固定無線系統(tǒng)。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線系統(tǒng)中，每個(gè)中樞為連接到干線網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)鏈路支持一個(gè)天線。因此，屋頂空間限制了可以由利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)固定無線系統(tǒng)的單一中樞支持的天線的數(shù)量(并且因此也限制了到網(wǎng)絡(luò)的鏈路數(shù)量)。圖1示出了一個(gè)使用毫米微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線電信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，其中無線設(shè)備把客戶位置連接到一個(gè)城域干線網(wǎng)。這個(gè)系統(tǒng)使用了一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)，其中在一個(gè)中樞100與特定建筑物102或校園104之間發(fā)生通信。干線網(wǎng)由以環(huán)形結(jié)構(gòu)連接中樞的高容量電信傳送設(shè)備106組成，每個(gè)中樞通過“最終里程”無線連接連接到各個(gè)建筑物或校園位置。
在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)固定無線系統(tǒng)中，較小數(shù)量的中樞天線在一個(gè)15和90度之間變化并且包含許多客戶建筑物的扇區(qū)中提供到客戶建筑物的連接。在上述任意一種情況下，建立中樞結(jié)構(gòu)提供了到網(wǎng)絡(luò)干線的有效接入，因此用戶之間可以進(jìn)行通信，并且使得用戶可以訪問連接到網(wǎng)絡(luò)的增值業(yè)務(wù)。
6.遠(yuǎn)端用戶系統(tǒng)設(shè)備和業(yè)務(wù)支持在本發(fā)明的系統(tǒng)中，用戶716可以是單一客戶的形式、在一個(gè)建筑物中多使用者系統(tǒng)的形式，或甚至是一種客戶校園的形式。圖8示出了在一建筑物中多使用者系統(tǒng)使用的用戶系統(tǒng)的實(shí)施例。
參考圖8，天線802與緊密封裝的用于在屋頂上安裝的室外單元(ODU)804中的無線電收發(fā)信機(jī)集成為一體。為了快速、低成本安裝和無障礙，ODU最好用標(biāo)準(zhǔn)4英寸桿架固定。室外單元804通過由同軸電纜或光纖構(gòu)成的設(shè)備互連鏈路(IFL)808連接于通常位于建筑物內(nèi)公用空間中的室內(nèi)單元(IDU)806。通過把天線和無線電收發(fā)信機(jī)集成到一個(gè)室外單元804中，可以使毫米微波頻率的信號(hào)損失降到最低。這種結(jié)構(gòu)可形成一種靈活系統(tǒng)方式，其將公用室內(nèi)單元806與多種不同類型的ODU 804一同使用以便在世界范圍可用的各種不同毫米微波頻帶中操作。
在IFL 808中使用光纖為在建筑物內(nèi)電纜管線已經(jīng)與電信設(shè)備緊密地組裝在一起并且只有很小的空間拉新電纜的地方提供了很大的安裝便利。這是經(jīng)常遇到的安裝問題。由于光纖比同軸電纜細(xì)得多，所以把它穿過現(xiàn)存的建筑物電纜管線拉出比同軸電纜容易得多，使得安裝工作比用電纜要快得多，花費(fèi)也低不少。
在IFL 808中使用光纖的另一優(yōu)點(diǎn)與IDU 806和ODU 804之間的信號(hào)損失有關(guān)。在大多數(shù)情況下，同軸電纜的物理性質(zhì)使信號(hào)的傳播限制在1000英尺以下。這限制了建筑物中ODU 804與IDU 806之間的間隔。由于在大多數(shù)商用辦公建筑中提供給電信設(shè)備(包括IDU)的公用空間是在地下室，而ODU 804安裝在屋頂，這給在15層或更高的較大的建筑物中的安裝造成問題。光纜沒有這種IDU 806和ODU804之間的距離限制。因此，建筑物中電信設(shè)備的公用空間位置不妨礙安裝。
室內(nèi)單元806用來與客戶端設(shè)備(CPE)810連接。室內(nèi)單元的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)具有接受業(yè)務(wù)專用線路卡812插槽的機(jī)架。在安裝客戶時(shí)線路卡812物理地插在機(jī)架中，并且通過來自集中式網(wǎng)絡(luò)操作中心的軟件命令激活。提供線路卡812是為了支持特定的電信業(yè)務(wù)(DS-1，DS-3，ISDN，幀中繼，以太網(wǎng)，令牌環(huán)，ATM，等等)。線路卡812又連接到一個(gè)底板，用于把協(xié)議轉(zhuǎn)換到ATM用來向中樞傳輸，和從ATM轉(zhuǎn)換到業(yè)務(wù)專用協(xié)議用來從中樞傳輸。一個(gè)機(jī)架最好能支持10-20個(gè)線路卡812，每個(gè)線路卡可以提供用于與CPE互連的多個(gè)端口。例如，一個(gè)典型的DS-1線路卡允許每卡連接4條DS-1線路(4×DS-1)。線路卡價(jià)格不高，因此，一旦在一個(gè)建筑物安裝了基礎(chǔ)遠(yuǎn)端系統(tǒng)設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)中增加客戶所提高的費(fèi)用很低。一旦安裝完成，線路卡812提供的業(yè)務(wù)就可以本地起動(dòng)，或最好是由中央操作節(jié)點(diǎn)713(圖7)產(chǎn)生的通過網(wǎng)絡(luò)傳送的命令遠(yuǎn)程起動(dòng)。
以這種方式，室內(nèi)單元價(jià)格比有效地滿足了電信業(yè)務(wù)的需求。大多數(shù)小到中等大小的商用辦公建筑物可以由10-20個(gè)上述卡機(jī)架支持。在很大的建筑物中，兩個(gè)或更多的IDU可以用“菊花鏈”形式互連以擴(kuò)充可用業(yè)務(wù)接口的數(shù)量，并且安裝在公用空間和總配線架所在的不同樓層以向客戶提供服務(wù)。本發(fā)明也為很小的、低價(jià)室內(nèi)單元提供固定業(yè)務(wù)接口，以便向小辦公室/家庭辦公室(SOHO)和住宅客戶提供服務(wù)。這些小IDU不是使用機(jī)架和底板結(jié)構(gòu)，而是低價(jià)制造的完全一體化的封裝單元，以支持一組預(yù)定業(yè)務(wù)。一個(gè)這類低端IDU的例子可提供用于多個(gè)64KB/s話音線路的接口，和用于連接遠(yuǎn)端辦公室LAN的一個(gè)ISDN或以太網(wǎng)端口。
7.操作考慮除了改進(jìn)的頻譜效率和得到帶寬增加之外，利用毫米微波頻率的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線電技術(shù)可以顯著地節(jié)省操作和設(shè)備開銷。用一個(gè)或多個(gè)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)中樞天線代替中樞屋頂上的多個(gè)天線消除了操作上的復(fù)雜性，并且降低了安裝成本。一旦安裝了一個(gè)中樞704，向網(wǎng)絡(luò)增加客戶成了一件在覆蓋扇區(qū)706內(nèi)的客戶建筑物中安裝用戶系統(tǒng)716的事情。這與現(xiàn)在的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)毫米微波無線技術(shù)情況下需要設(shè)計(jì)和安裝支持每個(gè)鏈路兩端的設(shè)備形成鮮明對(duì)照。
此外，業(yè)務(wù)提供和結(jié)構(gòu)改變可以由通過網(wǎng)絡(luò)下載到位于客戶建筑物中的用戶系統(tǒng)的可軟件定義的業(yè)務(wù)屬性來遠(yuǎn)程管理。通過具有適當(dāng)授權(quán)的技術(shù)人員從中央網(wǎng)絡(luò)操作中心提供、監(jiān)視、改變和控制業(yè)務(wù)。系統(tǒng)軟件使從中樞到遠(yuǎn)端用戶系統(tǒng)中的終端用戶業(yè)務(wù)接口卡的“直觀(see through)”的業(yè)務(wù)提供成為可能。
8.業(yè)務(wù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)可以支持全部可由有線線路電信技術(shù)支持的業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)包括兩種廣義定義的范疇傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)和正在出現(xiàn)的寬帶多媒體業(yè)務(wù)。
用于商業(yè)市場(chǎng)的傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)包括(1)話音頻段本地和長(zhǎng)途業(yè)務(wù)，(2)用于話音和數(shù)據(jù)的DS-1，n×DS-1和DS-3速度的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專用設(shè)備，(3)交換56Kb/s和幀中繼之類的數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)，和(4)在OC-3或更高速度操作的高容量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)設(shè)備。
本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)支持的正在出現(xiàn)的寬帶多媒體業(yè)務(wù)包括高速因特網(wǎng)訪問，網(wǎng)上主持和信息業(yè)務(wù)，以太網(wǎng)和令牌環(huán)之類的本地LAN-LAN業(yè)務(wù)，和桌面視頻會(huì)議、有關(guān)生意的商業(yè)視頻編程，和視頻點(diǎn)播培訓(xùn)(遠(yuǎn)程學(xué)習(xí))之類的視頻業(yè)務(wù)。以實(shí)際上任何數(shù)據(jù)率提供至網(wǎng)絡(luò)的無線客戶接入鏈路，以滿足這些業(yè)務(wù)的帶寬需要。
提供給住宅客戶的業(yè)務(wù)包括上述用于電信和小辦公室/家庭辦公室(SOHO)應(yīng)用的一個(gè)分組。用于這些客戶的一個(gè)業(yè)務(wù)分組可以包括本地和長(zhǎng)途電話業(yè)務(wù)，信息業(yè)務(wù)和電子郵件的高速因特網(wǎng)訪問，和可選視頻編程。也可以用任何速度為住宅客戶提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的接入。
可以使用ATM業(yè)務(wù)質(zhì)量(QOS)參數(shù)來支持基于使用的寬帶多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。例如，一個(gè)客戶可以預(yù)約一個(gè)到網(wǎng)絡(luò)的2兆位的約定信息速率(CIR)連接。這個(gè)客戶的ATM信元中的開銷在每次該客戶在網(wǎng)上需要這樣的帶寬量時(shí)都將保證2兆位的實(shí)際通過量。當(dāng)該客戶沒有使用這個(gè)2兆位的網(wǎng)絡(luò)容量(在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)固定無線接入網(wǎng)絡(luò)中的頻譜)時(shí)，可以把它用于網(wǎng)絡(luò)上的其它傳輸。
ATM QOS參數(shù)可以用來在網(wǎng)絡(luò)上提供變化的通過量等級(jí)，以使網(wǎng)絡(luò)操作人員能夠制定與這些通過量等級(jí)相符的價(jià)格。對(duì)于特別不能容忍非連續(xù)信元傳送中所固有的延遲的話音業(yè)務(wù)，永久虛電路(PVC)保證以預(yù)定數(shù)據(jù)率的立即通過。每次有業(yè)務(wù)請(qǐng)求時(shí)，PVC在網(wǎng)絡(luò)中使用恒定的固定帶寬。即使與信元重新排序相關(guān)的延遲小到以毫秒計(jì)，人類耳朵也能察覺到這種延遲的累積效果。憑借通過網(wǎng)絡(luò)有效地建立端對(duì)端路徑，信元通過該路徑連續(xù)地傳送，PVC克服了ATM網(wǎng)絡(luò)中的這一問題。在本質(zhì)上，PVC是一種通過ATM網(wǎng)絡(luò)的電路交換連接。在固定無線一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，在話音呼叫持續(xù)期間帶寬是以全時(shí)基礎(chǔ)在用戶系統(tǒng)和中樞之間分配的。
其它基于ATM的業(yè)務(wù)是利用交換虛電路(SVC)提供的，SVC根據(jù)從保證數(shù)據(jù)通過速率到以“可用容量”為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳送的等級(jí)優(yōu)先權(quán)方案向使用者傳輸分配帶寬。SVC利用用于管理與數(shù)據(jù)的臨界狀態(tài)和對(duì)客戶的業(yè)務(wù)的成本有關(guān)的通過量的QOS參數(shù)，最有效地支持可變比特率(突發(fā))數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，例如LAN通信。
在本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)實(shí)施例中，在系統(tǒng)上收集并存儲(chǔ)事件數(shù)據(jù)，以便根據(jù)提供給客戶的業(yè)務(wù)類型計(jì)費(fèi)。用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的計(jì)費(fèi)可以考慮提供業(yè)務(wù)的時(shí)刻，客戶利用的網(wǎng)絡(luò)資源(例如，峰值數(shù)據(jù)率，持續(xù)數(shù)據(jù)率，傳送的信息包/字節(jié)數(shù)量)，提供的業(yè)務(wù)質(zhì)量，由于阻塞或其它網(wǎng)絡(luò)傳輸錯(cuò)誤而丟失的信息包數(shù)量，和其它在傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)算法中一般不考慮的因素。對(duì)于話音業(yè)務(wù)，計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)由網(wǎng)絡(luò)中建立的交換設(shè)備從傳統(tǒng)的通話詳細(xì)紀(jì)錄(CDR)格式收集。
本發(fā)明的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)寬帶城域網(wǎng)將支持大范圍的未來商業(yè)和個(gè)人電信業(yè)務(wù)，例如，使用把城市和公路地圖與全球定位數(shù)據(jù)和本地交通信息結(jié)合在一起的機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的車輛數(shù)據(jù)應(yīng)用。防撞車?yán)走_(dá)是另一種適合的車輛應(yīng)用。此外，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可以支持多種具有無線寬帶連接性能的個(gè)人計(jì)算應(yīng)用，包括個(gè)人數(shù)字助理，手持網(wǎng)絡(luò)終端，和校園移動(dòng)LAN，等等。
盡管是參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明的，但熟悉本領(lǐng)域的人員應(yīng)當(dāng)理解，其中可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種修改，而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。因此，上述的修改不受限制，應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種廣域通信網(wǎng)，包括至少兩個(gè)中樞站點(diǎn)，所述中樞站點(diǎn)由通信干線互連，每個(gè)所述中樞站點(diǎn)在至少一個(gè)扇區(qū)中提供覆蓋；至少兩個(gè)對(duì)應(yīng)于每個(gè)所述扇區(qū)的遠(yuǎn)端站點(diǎn)；一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)毫米微波頻帶無線系統(tǒng)，所述至少兩個(gè)遠(yuǎn)端站點(diǎn)通過所述一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)毫米微波頻帶無線系統(tǒng)耦合到對(duì)應(yīng)的中樞站點(diǎn)。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域通信網(wǎng)，還包括至少一個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，所述業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)可操作地耦合到至少一個(gè)所述中樞站點(diǎn)。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述至少一個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)包括因特網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)、長(zhǎng)途電話業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)、本地電話業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)、和視頻業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述至少兩個(gè)遠(yuǎn)端站點(diǎn)中的至少一個(gè)包括室外單元，所述室外單元包括可操作地耦合到天線的無線電收發(fā)信機(jī)；多個(gè)室內(nèi)單元，所述室內(nèi)單元可操作地耦合到多個(gè)客戶端設(shè)備；和設(shè)備互連鏈路，所述設(shè)備互連鏈路把所述室外單元耦合到所述多個(gè)室內(nèi)單元，由此所述無線電收發(fā)信機(jī)支持多個(gè)所述客戶端設(shè)備。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的廣域通信網(wǎng)，還包括用于在所述多個(gè)客戶端設(shè)備中統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用使用所述無線電單元的裝置。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述室內(nèi)單元包括機(jī)架，所述機(jī)架具有用于多個(gè)線路卡的接受裝置；和線路卡，所述線路卡提供所述機(jī)架和客戶端設(shè)備之間的業(yè)務(wù)專用接口。
7.一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求6所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述線路卡可以支持菊花鏈結(jié)構(gòu)中的附加室內(nèi)單元。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述設(shè)備互連鏈路是光纖鏈路。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求4所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述遠(yuǎn)端站點(diǎn)位于一個(gè)多層住宅，并且在該住宅的多個(gè)樓層上安裝室內(nèi)單元。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述至少兩個(gè)遠(yuǎn)端站點(diǎn)中的至少一個(gè)包括一個(gè)向客戶端設(shè)備提供所選擇的業(yè)務(wù)的集成單元。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域通信網(wǎng)，其中在每個(gè)所述中樞站點(diǎn)的所述一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)毫米微波頻帶無線系統(tǒng)包括第一無線電單元，以毫米微波頻帶中第一可選頻率操作并在第一扇區(qū)中提供覆蓋；第二無線電單元，以所述毫米微波頻帶中第二可選頻率操作并在第二扇區(qū)中提供覆蓋，所述第二扇區(qū)實(shí)際上與所述第一扇區(qū)相鄰；和用于從多個(gè)可用頻率適當(dāng)頻率選擇所述第一可選頻率和所述第二可選頻率的裝置，使得所述第一和第二可選頻率實(shí)際上被隔離因而使同波道干擾降到最低。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求11所述的廣域通信網(wǎng)，還包括至少一個(gè)以第三可選頻率操作的第三無線電單元，所述第三無線電單元在所述第一和第二扇區(qū)之一中提供進(jìn)一步的覆蓋，所述選擇裝置進(jìn)一步在毫米微波頻帶中選擇所述第三可選頻率，使得所述第一、第二和第三可選頻率實(shí)際上不同。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求11所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述中樞站點(diǎn)包括多個(gè)相鄰和不相鄰扇區(qū)，并且其中所述頻率選擇裝置在所述不相鄰扇區(qū)上重復(fù)使用所述可用頻率。
14.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述通信干線和所述毫米微波頻帶無線系統(tǒng)每個(gè)都支持一個(gè)基于信息包的數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述基于信息包的傳送協(xié)議是異步傳送模式。
16.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的廣域通信網(wǎng)，其中用于干線對(duì)中樞站點(diǎn)通信的所述基于信息包的傳送協(xié)議包括異步傳送模式和同步傳送模式。
17.一種根據(jù)權(quán)利要求16所述的廣域通信網(wǎng)，其中所述信息包是包括一個(gè)信頭部分和一個(gè)有效負(fù)載部分的ATM信息包，所述信頭部分包括一個(gè)業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù)，并且其中所述網(wǎng)絡(luò)還包括用于根據(jù)所述業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù)分配系統(tǒng)帶寬的裝置。
18.一種提供固定毫米微波頻帶無線本地接入的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)用戶，所述用戶包括用戶無線電單元，所述用戶無線電單元以對(duì)應(yīng)于所述用戶所處的網(wǎng)孔扇區(qū)的毫米微波頻率操作，所述用戶中的至少一個(gè)具有多個(gè)相關(guān)客戶端設(shè)備，并且包括用于在所述客戶端設(shè)備和所述無線電單元之間執(zhí)行統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用的裝置；多個(gè)中樞站點(diǎn)，所述中樞站點(diǎn)由基于Sonet的干線互連，所述中樞站點(diǎn)包括多個(gè)中樞站點(diǎn)無線電單元，所述中樞站點(diǎn)無線電單元以可選頻率操作，并且至少一個(gè)無線電單元對(duì)應(yīng)于一個(gè)網(wǎng)孔扇區(qū)，所述多個(gè)中樞站點(diǎn)包括用于在每個(gè)所述網(wǎng)孔扇區(qū)內(nèi)的多個(gè)用戶之間動(dòng)態(tài)分配通信帶寬的裝置；多個(gè)增值業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，所述業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)耦合到所述干線，所述用戶通過所述中樞站點(diǎn)和所述干線訪問所述增值業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)；和中央操作節(jié)點(diǎn)，所述中央操作節(jié)點(diǎn)由一控制網(wǎng)連接到每個(gè)所述中樞站點(diǎn)，并提供所述中樞站點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制和所述用戶訪問所述業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制。
19.一種根據(jù)權(quán)利要求18所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述多個(gè)增值業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)包括因特網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)、長(zhǎng)途電話業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)、本地電話業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)、和視頻業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求18所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述多個(gè)用戶中的所述至少一個(gè)包括室外單元，所述室外單元包括可操作地耦合到天線的無線電收發(fā)信機(jī)；多個(gè)室內(nèi)單元，所述室內(nèi)單元可操作地耦合到多個(gè)客戶端設(shè)備；和設(shè)備互連鏈路，所述設(shè)備互連鏈路把所述室外單元耦合到所述多個(gè)室內(nèi)單元，由此所述用戶無線電單元支持多個(gè)所述客戶端設(shè)備。
21.一種根據(jù)權(quán)利要求20所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述室內(nèi)單元還包括機(jī)架，所述機(jī)架具有用于多個(gè)線路卡的接受裝置；和線路卡，所述線路卡提供所述機(jī)架和客戶端設(shè)備之間的業(yè)務(wù)專用接口。
22.一種根據(jù)權(quán)利要求21所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述設(shè)備互連鏈路是光纖鏈路。
23.一種根據(jù)權(quán)利要求20所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述用戶中的至少一個(gè)位于一個(gè)多層住宅，并且所述多個(gè)室內(nèi)單元中的至少一個(gè)安裝在該住宅的多個(gè)樓層上。
24.一種根據(jù)權(quán)利要求18所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述用戶中的至少一個(gè)是向客戶端設(shè)備提供一個(gè)選擇的業(yè)務(wù)的集成用戶單元。
25.一種根據(jù)權(quán)利要求18所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中在每個(gè)所述中樞站點(diǎn)的所述多個(gè)中樞無線電單元包括第一扇區(qū)無線電單元，以第一可選毫米微波頻率操作并且在第一網(wǎng)孔扇區(qū)中提供覆蓋；第二扇區(qū)無線電單元，以第二可選毫米微波頻率操作并且在第二網(wǎng)孔扇區(qū)中提供覆蓋，所述第二扇區(qū)實(shí)際上與所述第一扇區(qū)相鄰；和用于從多個(gè)可用頻率中適當(dāng)頻率選擇所述第一可選頻率和所述第二可選頻率的裝置，使得所述第一和第二可選頻率實(shí)際上隔離因而使同波道干擾降至最低。
26.一種根據(jù)權(quán)利要求25所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述多個(gè)中樞無線電單元還包括至少一個(gè)以第三可選毫米微波頻率操作的第三無線電單元，所述第三無線電單元在所述第一和第二扇區(qū)之一中提供進(jìn)一步的覆蓋，所述用于選擇的裝置還選擇所述第三可選頻率，使得所述第一、第二和第三可選頻率實(shí)際上不同。
27.一種根據(jù)權(quán)利要求25所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述中樞站點(diǎn)覆蓋多個(gè)相鄰和不相鄰扇區(qū)，并且其中所述頻率選擇裝置在所述不相鄰扇區(qū)上重復(fù)使用所述可用頻率。
28.一種根據(jù)權(quán)利要求18所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述干線，所述用戶無線電單元和所述中樞無線電單元每個(gè)都支持基于信息包的數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。
29.一種根據(jù)權(quán)利要求28所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述基于信息包的傳送協(xié)議是異步傳送模式。
30.一種根據(jù)權(quán)利要求28所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中用于中樞站點(diǎn)對(duì)干線通信的所述基于信息包的傳送協(xié)議包括異步傳送模式和同步傳送模式。
31.一種根據(jù)權(quán)利要求18所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述用戶無線電單元和所述中樞無線電單元使用高級(jí)調(diào)制在毫米微波頻道上傳送數(shù)據(jù)。
32.一種根據(jù)權(quán)利要求31所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述高級(jí)調(diào)制是16QAM和64QAM中的一個(gè)。
33.一種根據(jù)權(quán)利要求29所述的寬帶局部城域電信網(wǎng)絡(luò)，其中所述中央操作節(jié)點(diǎn)包括用于收集有關(guān)所述用戶的信息包質(zhì)量和信息包容量數(shù)據(jù)的裝置，所述數(shù)據(jù)被提供到計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。
34.一種寬帶電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括第一中樞站點(diǎn)，在第一區(qū)中向第一組多個(gè)用戶提供毫米微波無線通信；第二中樞站點(diǎn)，在第二區(qū)中向第二組多個(gè)用戶提供毫米微波無線通信；通信干線，互連所述第一中樞站點(diǎn)和所述第二中樞站點(diǎn)，因而使所述第一區(qū)中的所述第一組多個(gè)用戶與所述第二區(qū)中的所述第二組多個(gè)用戶之間能夠通信。
35.一種根據(jù)權(quán)利要求34所述的寬帶電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中所述毫米微波無線通信包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信鏈路。
36.一種根據(jù)權(quán)利要求34所述的寬帶電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中所述毫米微波無線通信包括一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信鏈路。
37.一種根據(jù)權(quán)利要求34所述的寬帶電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還包括連接到所述干線的多個(gè)增值業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，所述用戶經(jīng)過所述中樞站點(diǎn)訪問所述業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。
38.一種在一個(gè)中樞和具有多個(gè)客戶的多個(gè)用戶之間的并且在毫米微波頻道操作的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)中獲得提高的有效帶寬的方法，包括以下步驟在所述多個(gè)用戶之間動(dòng)態(tài)地分配帶寬；利用高級(jí)調(diào)制在頻道上通信；和在用戶處使用多個(gè)客戶的統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用。
全文摘要
一種廣域通信網(wǎng),包括至少兩個(gè)由通信干線互連的中樞站點(diǎn)。每個(gè)中樞站點(diǎn)在至少一個(gè)扇區(qū)中提供毫米微波無線覆蓋。在每個(gè)扇區(qū)中有至少兩個(gè)遠(yuǎn)端站點(diǎn)并且經(jīng)過一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)寬帶毫米微波無線系統(tǒng)耦合到一個(gè)對(duì)應(yīng)的中樞站點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)最好包括至少一個(gè)可以由遠(yuǎn)端站點(diǎn)經(jīng)過中樞站點(diǎn)和干線訪問的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/56GK1265245SQ98807462
公開日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1998年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月21日
發(fā)明者阿倫M·岑德勒 申請(qǐng)人:溫斯達(dá)通信公司